宇宙を利用した人工衛星で遠隔地の鉱山に電力を供給できないか?

masapoco
投稿日 2022年12月19日 12:16
sps alpha1

宇宙を利用した技術の多くは、「キラーアプリ」と呼ばれる、他の何よりも優れていて、問題を解決するためにそのアプリが必要な人にとって不可欠のものをまだ探している。人類の発展段階において、キラーアプリのほとんどは、地球上の問題を解決するためのものだ。宇宙を利用した太陽光発電衛星もその一つである。

宇宙太陽光発電は、地球上のエネルギー産業を根底から変える可能性を秘めている。しかし、人々が投資する気になるには、「キラーアプリ」が必要だ。コロラド鉱山大学の研究グループは、電力網に接続されていない遠隔地の採掘場に電力を供給することを想定した研究を行っている。しかし、残念ながら、極端な話、太陽光発電衛星はまだ投資を正当化できるほど経済的ではない。

一見すると、遠隔地の鉱山は太陽光発電衛星の電力供給先として最適な場所だ。多くの鉱山は送電網の近くになく、電線を直接引くとなるとコストがかかり過ぎる。一般的には、ディーゼル燃料をトラックで運んで巨大な発電機を動かしているが、これは高価で、送電網に接続されている鉱山の一般的な電力の10倍ものコストがかかる。特に北半球の危険な地域では、鉱山は凍った路面でしかアクセスできないこともあり、アクセスが困難なことも理由のひとつだ。

一般的な鉱山では、操業のために約20MWの電力を使用し、発電機やその他のエネルギーを提供する電力会社に電力購入契約(PPA)を支払うのが一般的だ。風力や太陽光も代替エネルギーとして考えられるが、特に多くの鉱山が位置する緯度では、安定した電力を供給するにはあまりにも断続的である。そのため、多くの鉱山経営者は代替案を受け入れるだろう。

しかし、多くのテクノロジーと同様に、それはコストに帰結する。一般的な鉱山では、1kWhあたり0.30ドルを支払っているため、電力衛星は少なくともそれに近い価格でなければならない。しかし、鉱山の経営者は、何千ガロンものディーゼル燃料を燃やさないことで、より「グリーン」な印象を与えたいと考えるかもしれないので、少し高い価格でエネルギーを供給できる電力衛星を真剣に検討するかも知れない。

では、電力衛星からのエネルギーはいくらなのだろうか?まだ実際に運用されているものがないので判断は難しいのだが、John Mankins氏が提案した「SPS-ALPHA18システム」というものをベースに計算している。その名の通り、18MWの電力を供給するもので、一般的な遠隔地の鉱山の平均的な使用例に近い便利なシステムだ。Mankins氏が書いた論文や、近々出版される本にも詳細が書かれており、アップデートされたものが解説されている。この論文を書いた時点ではその本が発売されていなかったので、彼らの計算は(劣ると思われる)オリジナルの衛星プラットフォームをベースにしている。

その論文の中で、Mankins氏は、電力衛星システムから供給される電力に価格をつけるために、3種類のコスト見積もりを提示している。そのうちの1つは製造コストで、SPS-ALPHA18システムの様々なパーツを作るために8億ドル近くかかると見積もっている。研究開発や地上局の建設など「その他」の費用は、さらに6億ドル。最後の費用である打ち上げ費用は、商業宇宙飛行産業の発展の焦点であり、いくつかの仮定に基づいて大きく変化する。最高のシナリオでは、当時BFRと呼ばれ、現在はスターシップと呼ばれているものを使って、衛星を軌道に乗せるために必要な100万キロ強の重量を、総額6億ドル強で打ち上げることができる。

つまり、電力衛星を軌道に乗せるためのコストは約20億ドルだ。これは、大規模な発電所、特に原子力発電所の規模に匹敵するものだ。しかし、地上の発電所は送電網に接続されるように設計されており、SPS-ALPHA18よりも数段多くの電力を生み出す。では、20億ドルの投資は、潜在的な投資家の立場から見て、良いものに見えるだろうか?

鉱山のエネルギーコスト全体を計算する最も簡単な方法は、年間使用量を把握し、それに鉱山自体の寿命を掛けることである。年間18MWとすると、SPS-ALPHA 18で鉱山全体のエネルギー消費量のほとんどをまかなうことができるのだ。1キロワット時あたり30セントで、1日24時間稼働させた場合、年間4730万ドル(約64億円)になる。鉱山の寿命(約25年)を考えると、この年間収益は約11億ドル(1500億円)にもなる。

つまり、遠隔地の鉱山を衛星で賄うという提案は、ベストシナリオでも赤字になるのだ。しかし、経済学者の目には、もっと悪く映る。割引率は、インフレや機会費用(別の場所に投資した場合の利益)などを考慮した上で、プロジェクトの資金調達に使ったお金がいくらになるかを計算する方法だ。割引率を決めるもう一つの大きな要因は、プロジェクト自体の失敗のリスクだ。宇宙太陽光発電衛星という新規性のあるプロジェクトの場合、このリスクはかなり高くなる。

Ian Lange博士とその共同執筆者たちは、12%の割引率を選択した。これは、遠隔地の鉱業界では平均的なものだと彼は指摘する。しかし、これは毎年、このプロジェクトから得られる収益が、前年の収益よりも12%価値が下がることを意味する。しかも、5年間は実際の収益がないであろう設備投資を前倒しで見込んでいる。つまり、5年後には、初年度の収益4730万ドルは、現在の貨幣価値で2684万ドルにしかならないのである。

さらにそこから先は悪くなり、プロジェクト終了時の総収入は、現在の貨幣価値で278万ドル(3億7800万円)程度しかカウントされない。このような経済計算は、最終的に「正味現在価値」またはNPVと呼ばれる数字に行き着く。投資家はこの数値を見て、そのプロジェクトが投資可能かどうかを判断しようとする。

この論文を書いた時点で最も考えられていた宇宙発電プラットフォームであるSPS-ALPHA 18を遠隔地の鉱山に使う場合の正味現在価値は、せいぜい18億ドルだ。これは、宇宙に関心のある億万長者でも無理な話である。

つまり、宇宙発電衛星が遠隔地の鉱山に電力を供給できるかどうかの答えは「イエス」だが、そのためのビジネスケースはあまりないのだ。宇宙から電力を送ることが収益性のあるベンチャーになるまでには、まだ長い道のりがある。しかし、論文の最後に著者が書いているように、衛星の部品のいくつかを宇宙で製造すれば、全体の計算が劇的に変化するのだ。そのため、将来的には、宇宙インフラがもっと充実すれば、最終的に価格競争力を持つようになる可能性がある。しかし、人類がその地点に到達するまでに、非常にマイナスのNPVで、多くの必要な投資が行われるだろう。

この記事は、ANDY TOMASWICK氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。



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